CN102243016A - 往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉 - Google Patents

往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉 Download PDF

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Abstract

往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，包括燃烧室、设置在燃烧室中的金属盛放容器，所述的燃烧室连接有第一气体通道和第二气体通道，所述的第一气体通道内设置有第一多孔介质蓄热室，所述的第二气体通道内设置有第二多孔介质蓄热室；所述的第一气体通道和第二气体通道均连接一周期性换向送风机构，所述的周期性换向送风机构包括一受控于控制器的空气烟气换向阀和连接有送风道和烟气流道；助燃空气和高温烟气周期性交替换向流经多孔介质高效蓄热体，利用烟气余热加热助燃空气。该发明具有金属熔化时间短，节能效果明显，燃烧效率高，余热极限回收利用，能耗低，污染物排放低优点。

Description

往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉
技术领域
本发明涉及金属熔炼炉。
背景技术
坩埚炉多用于铜、铝、锌合金等有色金属的熔炼，加热方式包括焦炭加热、电磁感应加热和油、气燃烧火焰加热。焦炭加热炉由于环境污染大、能源利用效率低已基本取消。电磁感应加热熔炼炉能源来自电力，属高品位能源。电磁感应加热熔炼炉从能源利用角度，是将高品位能源电能向低品位能源热能转化的过程；此外，由于电力紧张，一次性投资大，需要避让错峰等原因，一些企业，特别是小型企业主要采用燃气火焰加热金属熔炼炉。如仅浙江省某地，因制造阀门铜芯等所需，单台熔铜量为350-400kg/hr的小型熔铜炉数量就有近3000台。
一般燃气燃烧火焰加热熔炼炉的高温烟气经除尘后直接排入大气，能源浪费极大，有效热利用率低。以熔铜炉为例：纯铜的熔点为1083℃，浇铸温度为1150℃，脱氧温度在1280～1300℃之间，坩埚外围温度，即炉膛温度一般为1450～1500℃。燃气燃烧加热坩埚中金属后所产生的烟气则通常以1200℃左右的高温直接排入大气，能源浪费极大，有效热利用率低于10％，同时污染排放大。
火焰加热熔炼炉是传统的以自由火焰为特征的空间燃烧，由于气体的导热和辐射性能较差，使得火焰面附近温度梯度很陡，分布不均匀，形成局部高温区，并且火焰面很狭窄，造成大量NOx生成；这种燃烧方式还需要较大的空间，要求燃烧设备体积庞大，而且热效率低、燃烧稳定性差、负荷调节能力小。
因此，采用新型节能金属熔炼炉系统成为非常必要。
发明内容
本发明针对燃气金属熔炼炉生产过程中能耗大，污染排放严重问题，采用新型往复多孔介质燃烧理论和技术，利用往复流动多孔介质蓄热极大回收余热，燃烧效率和能源利用率高，污染排放低，节能效果显著。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，包括燃烧室、设置在燃烧室中的金属盛放容器，其特征在于：所述的燃烧室连接有第一气体通道和第二气体通道，所述的第一气体通道内设置有第一多孔介质蓄热室，所述的第二气体通道内设置有第二多孔介质蓄热室；所述的第一气体通道和第二气体通道均连接一周期性换向送风机构，所述的周期性换向送风机构包括一受控于控制器的空气烟气换向阀和送风道和烟气流道；助燃空气和高温烟气周期性交替换向流经多孔介质高效蓄热体，利用烟气余热加热助燃空气。
进一步，所述的燃烧室放置有多孔介质材料，燃烧室设置有测温热电偶、高能电子点火器、火焰检测器，燃烧室上部设置有顶盖，金属盛放容器上方设置有熔炼气体清除装置；第一多孔介质蓄热室与燃烧室之间设有第一燃气空气入口多孔板和第一燃气高温空气混合室，第二多孔介质蓄热室与燃烧室之间设有第二燃气空气入口多孔板和第二燃气高温空气混合室；燃气气源通过第一燃气进口管、第四燃气进口管连通第一燃气高温空气混合室，通过第二燃气进口管、第三燃气进口管连通第二燃气高温空气混合室；设于第一燃气进口管上的第一燃气控制阀、设于第四燃气进口管上的第四燃气控制阀、设于第二燃气进口管上的第二燃气控制阀、设于第三燃气进口管上的第三燃气控制阀都受控于所述的控制器，使燃气的进气与高温空气的进气同步。
再进一步，所述的多孔介质蓄热室的布置形式是对向布置或同向布置。
进一步，所述第一多孔介质蓄热室、第二多孔介质蓄热室中的蓄热多孔介质空隙率为0.3-0.85。
进一步，所述的燃烧室中的多孔介质空隙率为0.4-1，当空隙率为1时，即燃烧室中为自由空间，不布置多孔介质。
进一步，在燃烧室上设置有顶盖，顶盖内径与金属盛放容器之间的距离小于等于300mm。
进一步，第一多孔介质蓄热室和第二多孔蓄热室的布置方式是对向布置，第二多孔介质蓄热室与第一多孔介质蓄热室之间的夹角α≤15°。
或者，第一多孔介质蓄热室和第二多孔蓄热室的布置方式是同向布置，第二多孔介质蓄热室与第一多孔介质蓄热室之间的夹角β≤20°。
进一步，所述的燃气进口管的入口部分为金属通管，后部为耐高温通管。
进一步，所述的周期性换向送风机构，在送风道上设有送风机；或者在烟气流道上设有引风机；或者同时在送风道上设有送风机，并且在烟气流道上设有引风机。
本发明通过周期性换向控制系统，助燃空气和高温烟气周期性交替换向流经多孔介质高效蓄热体，利用烟气余热加热助燃空气。加热后的助燃空气与可燃气体混合后在多孔介质燃烧室中进行周期性的交替燃烧，高温烟气及多孔介质向设置在燃烧室中的金属盛放容器高强度传热，使金属盛放容器内的金属吸热熔化。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1)采用往复多孔介质蓄热技术。将蓄热多孔介质设置在燃烧室上游和下游，助燃空气和高温烟气在一定换向周期下，交替流经蓄热体，利用蓄热多孔介质优的蓄热能力，将助燃空气加热成为温度高于600℃的高温空气，同时将高温烟气温度降低到低于150℃，实现烟气余热最大限度的回收。使用蓄热段，能够回收烟气中60％-80％的热量，提高助燃空气温度，大大提高相同功率条件下燃烧室内的火焰温度，提高传热温差，促进火焰向金属盛放容器如坩埚的传热。
2)采用多孔介质燃烧技术。在燃烧室中间填充多孔介质，燃气在多孔介质网格结构中燃烧，发生强烈的漩涡、分流、合流等湍流效应，燃烧强度大；多孔介质导热和辐射形成的自身热量回流效应和本身的蓄热特性，不仅使燃烧区域内的温度分布更加均匀，避免局部高温区域的形成，大大降低了NOx的生成，延长了燃气流经燃烧区域的时间，燃气燃烧更加完全，大大降低CO的生成，燃烧效率大幅度提高。气体在多孔介质内燃烧，大大强化了高温多孔介质向坩埚的辐射传热，提高熔炼炉的传热效率及能量利用率。
附图说明
图1是本发明的系统示意图
图2为图1的A-A向局部剖视图
图3为四路控制阀系统示意图。其中包括第一空气烟气换向阀31，第二空气烟气换向阀32，第三空气烟气换向阀33，第四空气烟气换向阀34。
图4(a)、图4(b)为蓄热室对向布置结构示意图。
图5(a)、图5(b)为蓄热室同向布置结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1，第一空气烟气流道1，第一燃气进口管2，送风机3，送风风道4，第一燃气控制阀5，空气烟气换向阀6，烟气流道7，引风机8，第二燃气控制阀9，热电偶10，第二燃气进口管11，第二空气烟气流道12，控制器13，第二多孔介质蓄热室14，第二燃气高温空气混合室15，第二燃气空气入口多孔板16，第三燃气进口管17，火焰检测器18，高能电子点火器19，第三燃气控制阀20，第四燃气控制阀21，点火燃气控制阀22，第四燃气进口管23，第一燃气高温空气混合室25，第一燃气空气入口多孔板24，第一多孔介质蓄热室26。
如图2，熔炼气体清除装置27，金属盛放容器28，燃烧室29，顶盖30。
图4(a)、图4(b)为蓄热室对向布置结构示意图。
本发明所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，包括燃烧室29、设置在燃烧室29中的金属盛放容器28，其特征在于：所述的燃烧室29连接有第一气体通道和第二气体通道，所述的第一气体通道内设置有第一多孔介质蓄热室26，所述的第二气体通道内设置有第二多孔介质蓄热室14；所述的第一气体通道和第二气体通道均连接一周期性换向送风机构，所述的周期性换向送风机构包括一受控于控制柜的空气烟气换向阀和连接有送风道和烟气流道；助燃空气和高温烟气周期性交替换向流经多孔介质高效蓄热体，利用烟气余热加热助燃空气。
所述的燃烧室29放置或不放置有多孔介质材料，燃烧室29设置有测温热电偶10、高能电子点火器19、火焰检测器18，燃烧室29上部设置有顶盖30，金属盛放容器28上方设置有熔炼气体清除装置27；第一多孔介质蓄热室26与燃烧室29之间设有第一燃气空气入口多孔板25和第一燃气高温空气混合室24，第二多孔介质蓄热室14与燃烧室29之间设有第二燃气空气入口多孔板16和第二燃气高温空气混合室15；燃气气源通过第一燃气进口管2、第四燃气进口管23连通第一燃气高温空气混合室24，通过第二燃气进口管11、第三燃气进口管17连通第二燃气高温空气混合室15；设于第一燃气进口管2上的第一燃气控制阀5、设于第四燃气进口管23上的第四燃气控制阀21、设于第二燃气进口管11上的第二燃气控制阀9、设于第三燃气进口管17上的第三燃气控制阀20都受控于所述的控制柜，使燃气的进气与高温空气的进气同步。
所述的多孔介质蓄热室的布置形式是对向布置。第二多孔介质蓄热室14与第一多孔介质蓄热室26之间的夹角α≤15°。
所述的燃气进口管2、11、17、23的入口部分为金属通管，后部为耐高温通管。
所述第一多孔介质蓄热室14、第二多孔介质蓄热室26中的蓄热多孔介质空隙率为0.3-0.85。
所述的燃烧室29中的多孔介质空隙率为0.4-1，当空隙率为1时，即燃烧室29中为自由空间，不布置多孔介质。
为防止熔炼气体杂质进入多孔介质蓄热室，堵塞蓄热多孔介质，顶盖30内径与金属盛放容器28之间的距离小于等于300mm，即图2中d≤300mm。
所述的周期性换向送风机构，在送风道4上设有送风机3；或者在烟气流道7上设有引风机8；或者在同时在送风道4上设有送风机3，并且在烟气流道7上设有引风机8。
往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉工作原理：前半周期，第一燃气控制阀5和第四燃气控制阀21开启，第二燃气控制阀9和第三燃气控制阀20关闭，燃气如图1中别由第一燃气进口管2和第四燃气进口管23喷入第一燃气高温空气混合室24，与预热空气混合后，经第一燃气空气入口多孔板25喷入多孔介质燃烧室内燃烧；空气按照图1中所示，进入第一多孔介质蓄热室26，被多孔介质蓄热体加热后进入第一燃气高温空气混合室24，助燃燃气。后半周期，第一燃气控制阀5和第四燃气控制阀21关闭，第二燃气控制阀9和第三燃气控制阀20开启，燃气如图1中所示分别由第二燃气进口管11和第三燃气进口管17喷入第二燃气高温空气混合室15，与预热空气混合后，经第二燃气空气入口多孔板16喷入多孔介质燃烧室内燃烧；空气按照图1中所示，进入第二多孔介质蓄热室14，被多孔介质蓄热体加热后进入第二燃气高温空气混合室15，助燃燃气。燃气与空气在多孔介质燃烧器中进行周期性的交替燃烧，高温烟气及多孔介质向金属盛放容器传热，使金属盛放容器内的金属吸热熔化。金属溶化过程中的熔炼杂质气体由熔炼气体清除装置27排出，经除尘后排入大气，除尘收集下来的杂质可重新利用。
本发明通过周期性换向控制系统，助燃空气和高温烟气周期性交替换向流经多孔介质高效蓄热体，利用烟气余热加热助燃空气。加热后的助燃空气与可燃气体混合后在多孔介质燃烧室中进行周期性的交替燃烧，高温烟气及多孔介质向设置在燃烧室中的金属盛放容器高强度传热，使金属盛放容器内的金属吸热熔化。
实施例二
参照附图1、2、5(a)、5(b)：
本实施例与实施例一的区别在于：第一多孔介质蓄热室和第二多孔蓄热室的布置方式是同向布置，第二多孔介质蓄热室14与第一多孔介质蓄热室26之间的夹角β≤20°。
其余相同。
实施例三
参照附图1、2、3、4(a)、4(b)：
本实施例与实施例一的区别在于：周期性换向送风机构的气路设置不同。
如图3所示，所述空气烟气换向阀6可采用4路控制阀系统。前半周期，第二空气烟气换向阀32和第四空气烟气换向阀34开启，第一空气烟气换向阀31和第三空气烟气换向阀33关闭；后半周期，第二空气烟气换向阀32和第四空气烟气换向阀34关闭，第一空气烟气换向阀31和第三空气烟气换向阀33开启。
其余相同。
实施例四
参照附图1、2、3、5(a)、5(b)：
本实施例与实施例二的区别在于：周期性换向送风机构的气路设置不同。
如图3所示，所述空气烟气换向阀6可采用4路控制阀系统。前半周期，第二空气烟气换向阀32和第四空气烟气换向阀34开启，第一空气烟气换向阀31和第三空气烟气换向阀33关闭；后半周期，第二空气烟气换向阀32和第四空气烟气换向阀34关闭，第一空气烟气换向阀31和第三空气烟气换向阀33开启。
其余相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，包括燃烧室、设置在燃烧室中的金属盛放容器，其特征在于：所述的燃烧室连接有第一气体通道和第二气体通道，所述的第一气体通道内设置有第一多孔介质蓄热室，所述的第二气体通道内设置有第二多孔介质蓄热室；所述的第一气体通道和第二气体通道均连接一周期性换向送风机构，所述的周期性换向送风机构包括一受控于控制器的空气烟气换向阀和连接有送风道和烟气流道；助燃空气和高温烟气周期性交替换向流经多孔介质高效蓄热体，利用烟气余热加热助燃空气。
2.如权利要求1所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：所述的燃烧室放置有多孔介质材料，燃烧室设置有测温热电偶、高能电子点火器、火焰检测器，燃烧室上部设置有顶盖，金属盛放容器上方设置有熔炼气体清除装置；第一多孔介质蓄热室与燃烧室之间设有第一燃气空气入口多孔板和第一燃气高温空气混合室，第二多孔介质蓄热室与燃烧室之间设有第二燃气空气入口多孔板和第二燃气高温空气混合室；燃气气源通过第一燃气进口管、第四燃气进口管连通第一燃气高温空气混合室，通过第二燃气进口管、第三燃气进口管连通第二燃气高温空气混合室；设于第一燃气进口管上的第一燃气控制阀、设于第四燃气进口管上的第四燃气控制阀、设于第二燃气进口管上的第二燃气控制阀、设于第三燃气进口管上的第三燃气控制阀都受控于所述的控制器，使燃气的进气与高温空气的进气同步。
3.如权利要求2所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：所述的多孔介质蓄热室的布置形式是对向布置或同向布置。
4.根据权利要求3所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：所述第一多孔介质蓄热室、第二多孔介质蓄热室中的蓄热多孔介质空隙率为0.3-0.85。
5.根据权利要求4所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：所述的燃烧室中的多孔介质空隙率为0.4-1，当空隙率为1时，即燃烧室中为自由空间，不布置多孔介质。
6.根据权利要求5所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：在燃烧室上设置有顶盖，顶盖内径与金属盛放容器之间的距离小于等于300mm。
7.根据权利要求6所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：第一多孔介质蓄热室和第二多孔蓄热室的布置方式是对向布置，第二多孔介质蓄热室与第一多孔介质蓄热室之间的夹角α≤15°。
8.根据权利要求6所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：第一多孔介质蓄热室和第二多孔蓄热室的布置方式是同向布置，第二多孔介质蓄热室与第一多孔介质蓄热室之间的夹角β≤20°。
9.根据权利要求7或8所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：所述的燃气进口管的入口部分为金属通管，后部为耐高温通管。
10.根据权利要求9所述的往复式多孔介质气体燃烧金属熔炼炉，其特征在于：所述的周期性换向送风机构，在送风道上设有送风机；或者在烟气流道上设有引风机；或者同时在送风道上设有送风机，并且在烟气流道上设有引风机。
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